(peal inglise keel- genoomika) on teadus, mis tegeleb genoomide uurimisega. Genoomilise teabe hulk on aastal järsult suurenenud viimased aastad DNA sekveneerimistehnoloogia täiustamise tõttu. NIH (USA riiklike terviseinstituutide) andmebaas GenBank sisaldab 2011. aasta aprilli seisuga 135 440 924 järjestatud DNA-d.

1956. aasta oli inimgeneetika uuringutes murranguline aasta, kuna sel aastal loodi kromosoloogiateadus ja Kopenhaagenis peeti inimgeneetika kongress.

Mis tahes teaduse areng on tingitud mudelite ja teooriate täiustamisest, kuid uued eeldused ei tühista vanu tõdesid, mistõttu see, mis oli eile tõsi, ei pruugi olla täna vale. Vaid pseudoteadused on sajandeid muutumatud ja on selle üle uhked, justkui oleks see mingi kvaliteedi tagatis.

Meid piiravad igalt poolt arvukad vanad ja uued teadusharud, mis õpetavad meditsiinilised praktikad erakordsete tulemustega revolutsioonilised seadmed negatiivsete ja positiivsete võimete mõõtmiseks.

Praegu pole teaduses ühtegi sektorit, mida poleks kuskil või keegi maailmas uurinud: iga päev jagavad ülikoolide, erainstituutide ja isegi väikeste laborite hiiglaslikud uurimiskeskused tohutult laiali. uut teavet O uusim uurimus ja nende täiendused. Mõnikord on see teave üsna ekstsentriline, näiteks sellistes sektorites nagu nähtamatus, kärbeste seksuaalkäitumine Hiinas või lõhnade molekulmass, ja valdkondades, mis jätavad ruumi põnevatele stsenaariumidele, nagu need, mis on seotud elukorraldusega laboratoorium või uute planeetide avastamine, mis võiksid seda uut elu majutada.

Inimese eluea pikendamise võidujooksu teerajajaks on inimgenoomi projekti taga olev geneetik, ettevõtja ja filantroop Craig Venter, kes ütles selle aasta märtsis, et tema viimane genoomikaprojekt kasutab 70 miljonit dollarit kapitali uue ettevõtte Human Longevity Inc loomiseks. HLI). Venter pole oma ambitsioonidega üksi. Näiteks ettevõttel Calico (California Life Company) on eesmärk parandada inimeste tervist, lahendada vananemise ja sellega seotud haiguste probleem ning California ülikoolil San Diego, kus nad jaotavad vähigenoomi ja HLI kasvajad kõigile põdevatele patsientidele. vähist ja kes annab selleks teie nõusoleku.

Alates esimesest sekveneerimisest 2011. aastal on genoomika kiiresti edenenud ja vähki uurivad teadlased lähevad nüüd uus tase"Järgmine teaduse piir," ütleb California instituudi direktor Lipman. "Oleme praegu ajajärgus, mis võrdsustatakse ajalooliselt vähirakkude sektsioonide genoomika jaoks 90ndate perioodiga Interneti arengu jaoks. Uurime genoomi ja sektsioonitehnoloogiaid lootuses, et on võimalik saavutada kiireid tulemusi See, mis varem võttis, "15-20 aastat on nüüd reaalselt saavutatav 1-2 aastaga. Võitlus vähiga areneb kiiresti ja see on vaid jäämäe tipp."

Faktid genoomika valdkonnast:

. 2003. aasta aprillis sai pärast 13 aastat kestnud uurimistööd lõpule inimgenoomi projekt. Sellesse projekti investeeriti 2,7 miljardit dollarit.
. 2005. aasta detsembris käivitati vähirakkude geneetiliste seoste uurimiseks mõeldud pilootprojekt Cancer Genome Atlas, 3-aastane ja 100 miljonit dollarit maksv pilootprojekt.
. 2007. aasta mais "sekveneeriti" DNA kaasavastaja James Watsoni genoom tervikuna, mis läks maksma kuni miljon dollarit.
. Alates eelmise aasta lõpust on 23andMe teinud genoomi järjestamise kättesaadavaks juba 1000 dollari eest.
. Praegu on käimas inimgenoomi projekt. Pärast sekveneerimist avastasid nad umbes kolm miljardit aluspaari, mis moodustavad DNA. Selle tulemusena sündis projekt ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements). rahvusvaheline koostöö enam kui 80 riigis ja 35 uurimisrühmas lubab see genoomi käitumist kirjeldava teabe esimest tõlgendust.

Teadlased suutsid aru saada, kuidas ja kus kindel bioloogilised funktsioonid esile kerkivad, seavad kahtluse alla erinevad dogmad ja ümberhinnangud selle kohta, mida kuni eilseni peeti "rämps-DNA-ks" või kodeerimata (mitteaktiivseks) DNA-ks. "Uued andmed näitavad, et genoom sisaldab väga vähe sektsioone, mida ei kasutata," öeldakse konsortsiumi ja Euroopa molekulaarbioloogia labori (EMBL-EBI) avalduses, mis juhtisid uuringut koos riikliku inimgenoomi uurimisinstituudiga (NHGRI). ).), " Riiklik Instituut Tervis" (NIH) USA-s. Inimgenoomi projekti geneetilise määratuse müüdi ümberlükkamine tähistab uue postgenoomilise ajastu algust.

Uus kultuuriline olukord

Kuni viimase ajani usaldati inimese "disain", see tähendab kõigi tema omaduste loomine loodusele, keegi ei saanud sekkuda inimese parandamisse.
Iga uus organism sünnib väikesest rakust. Ta pärib oma esivanemate programmi DNA kujul, kuid ei päri füüsilised kehad nende esivanemad. Ta pärib oma vanemate südame, kuid tal on uus süda. Kõik algab nullist, ühest rakust, aga igast uus elu DNA programm võib saada nii täiustusi kui halvendusi.
Enne genoomika mõju hindamist tuleb märkida, et geenimanipulatsiooni meetoditest oleks võimatu ja isegi vastutustundetu loobuda lihtsalt seetõttu, et hoolimatute ja isekad inimesed saavad neid meetodeid kasutada oma eesmärkidel.

Mitte keegi riigiasutus tal seda pole võlukepp, mis võib panna kõik genoomikatehnoloogiad kaduma. Põhiküsimus Genoomika arendamise eesmärk ei ole mõelda, kuidas seda arengut blokeerida, vaid pigem sellele, kuidas maksimeerida kasu ja minimeerida riske.

Genoomika potentsiaali hindamine ravivõimaluste ja geneetilise paranemise osas sõltub sellest eetilised põhimõtted, mida võetakse juhendina.

Neile, kes pooldavad inimese "järelevalve all" paljunemist ja kes on valmis leppima tõsiasjaga, on kunstlike meetodite kasutamise võimalus ja geneetiline manipuleerimine väga kergesti aktsepteeritav, kuid kellegi jaoks on see vastuvõetamatu.

Teaduse aluseks olevatest põhimõtetest kaugemale minnes peab inimkond meeles pidama, et kõigi inimeste peal kasutatavate genoomikatehnoloogiate puhul on esiplaanil inimene. See tegur tekitab palju küsimärke, sealhulgas küsimuse, millist mõju võib geenitehnoloogia avaldada ökosüsteemi tasakaalule ja inimese enda moraalile, kes on lõpuks sellise teaduse nagu genoomika kasusaaja.

Enne kui räägime otseselt geneetilise manipuleerimise tagajärgedest, selgitame, et soov on disaini täiustada inimene, enne sündi on see eelkõige otsene mõju valikule, st "erineva, mitte täiusliku eemaldamine osutus ebaõnnestunuks". See on sama, mis ebaõnnestunud embrüo viskamine IVF-protseduuri käigus prügikasti.

Sellise teaduse nagu genoomika keskkonnas saame rääkida kehtestamisvõimalusest uut tüüpi teenuseid, "geeniteenust", mis peab rahuldama inimeste soovi oma geenifondi täiustada. Seda teenust makstakse suure tõenäosusega valitsuse toetusega või rangelt kommertskasutusega, kus iga inimene, kui ta on maksevõimeline, saab oma geneetilist teavet parandada.

Kuid selle "teenuse" olemasolu on võimatu ilma tehnoloogilise arengu ja inimliku mentaliteedi muutusteta.

Nagu iga ravimit, saab uusi genoomikatehnoloogiaid kasutada seerumi loomiseks geeniks, kui esineb lühi- või pikaajalisi riske. Alati on oht, et elimineeritakse geenid, millel on seni teadmata kasulikud aspektid ja mis võivad avalduda erinevad keskkonnad. Näiteks sama geen, mis põhjustab sirprakulist haigust, muudab organismi malaaria suhtes vastupidavamaks.

Geeniteraapia osas peame eeldama muutusi sugurakkudes somaatilise geeniteraapia tagajärjel. See võib teatud asjaoludel olla seaduslik (tuleb hinnata, kas sellistel isikutel peaks olema lubatud pärast ravi paljuneda või mitte), kuna sugurakkude muutmine ravi eesmärgil võib põhjustada muutusi tulevaste põlvkondade geneetilises pärandis. Areneb ka embrüote geeniteraapia ja tekib vajadus teha katseid embrüotega. Loomulikult on enne nende uuringute edu saavutamist palju ebaõnnestumisi, mis tähendab, et uuritav sureb. Jah, teaduse nimel ja tulevaste põlvkondade hüvanguks on need ohvrid õigustatud, kuid eetilisest küljest seda ei saa õigustada.

Kahe inimrassi liikme vahel on vähem sarnasust kui kahe erineva looma vahel.

Michel de Montaigne

Iseenesest uut saab aru vaid analoogia põhjal vanaga.

Nagu juba mainitud, kasutatakse võrdlevat meetodit traditsiooniline lähenemine bioloogia vanades klassikalistes valdkondades (anatoomia, embrüoloogia, tsütoloogia). Seega põhjendas Darwin oma seisukohta inimese päritolu kohta võrdleva evolutsioonilise meetodi abil, osutades arvukatele sarnasustele inimeste ja ahvide anatoomias ja füsioloogias.

Hiljuti on võrdlevat lähenemist laialdaselt ja väga tõhusalt kasutatud molekulaarbioloogias ja geneetikas. Võimsa tõuke selleks andis genoomide ulatuslik järjestamine. Genoomikas on ilmnenud isegi uus suund - võrdlev genoomika - evolutsiooniliselt kaugel asuvate organismide üksikute geenide, geenirühmade ja tervete lookuste võrdlemine. See on põhimõtteliselt oluline suund uuringud võimaldavad meil lahendada mitmeid probleeme uuel viisil põhiprobleemid. Vaatame mõnda neist.

Praegu on inimkonnal lisaks oma entsüklopeediale sarnased mõne lihtsa organismi entsüklopeediad: coli, Drosophila kärbsed, pärm ja uss Caenoharbditis elegans, samuti hiired - ja eraldi peatükid mõnede teiste kõrgelt organiseeritud organismide (ahvid, rotid) entsüklopeediast. Tänapäeval paralleelselt genoomi järjestamisega mees kõnnib dešifreerida veel umbes 1000 teiste loomade ja taimede genoomi. Kõigi nende entsüklopeediate DNA tekst on kirjutatud sama nelja tähega, mille arv on bakterite puhul miljoneid, lindude puhul sadu miljoneid ning imetajate ja inimeste puhul miljardeid. Kuna kõik tekstid on kirjutatud ühtemoodi, saab neid omavahel võrrelda. Selgus, et vaatamata tohututele erinevustele genoomi suuruses, on geenide arv (kõige rohkem sisukaid ettepanekuid tekstides) erinevad tüübid organismid ei ole väga erinevad. Sellega seoses hakati isegi rääkima teatud paradoksist, mis sai erinimetuse G-paradoks (ingliskeelse sõna gene esimene täht - geen). Nüüd seletatakse seda paradoksi sellega, et organismi jaoks pole peamine mitte geenide koguarv, vaid see, kuidas need on üles ehitatud ja kuidas neid reguleeritakse, milline on erinevate geenide produktide omavahelise interaktsiooni keerukus. "Me jagame kasside ja koertega samu geene, kuid neid reguleeritakse erinevalt," ütles Craig Venter, üks inimese genoomi järjestamise peategelasi. Tõenäoliselt on inimesele ainuomane geenifunktsiooni struktuur ja regulatsioon, mis teeb temast "looduse krooni". Ühesõnaga, kui geen on lühike lause, siis saab samade sõnade ja lausete kombinatsioonist kirjutada nii targema traktaadi kui ka primitiivsed lastelaulud. Lisaks on oluline, kuidas neid loetakse ja kõlab.

Ükskõik kui ainulaadsed me ka ei tunduks, on meie DNA-l üsna palju sarnasusi mitte ainult ahvide ja hiirtega, vaid isegi väikese ussiga. C. elegans ja Drosophila kärbes. See võib olla üllatav, kuid umbes 50% meie geenidest on sarnased ussi omadega. Inimestel ja hiirtel on veelgi rohkem samu geene, kuigi inimesed ja hiired lahknesid evolutsiooni käigus umbes 100 miljonit aastat tagasi. Praeguseks on inimese genoomist avastatud vaid umbes 300 geeni, mida hiirtel ei leidu, ja nende koguarv on ligikaudu sama. Seega umbes 99% inimese geenidest vastavad hiire geenidele ja umbes 80% neist on peaaegu täpselt identsed. Lisaks kuni 90% esinemise eest vastutavatest geenidest mitmesugused haigused, on inimestel ja hiirtel sarnased. Muidugi on väikseid erinevusi. Niisiis on hiirtel palju rohkem geene, mis vastutavad lõhna eest.

Mis puudutab meie lähisugulastest, siis on siin erinevused veelgi väiksemad. Viimastel andmetel erineb inimese genoom üldiselt šimpansi genoomist vaid maksimaalselt 5% võrra! Üllataval kombel on mõned geenirühmad (näiteks keha moodustumise eest vastutavad geenid) inimestel sarnased sarnaste rühmadega. bioloogilised liigid, mis tekkis viissada kuni kuussada miljonit aastat tagasi, niinimetatud Kambriumi bioloogilise plahvatuse käigus. Nüüd ootame põnevusega hetke, mil šimpansi genoom saab täielikult järjestatud. Pärast seda peaks võrdlevas genoomikas algama uus väga oluline etapp. Sellise võrdluse tulemusena võidakse avastada inimesele kui liigile omaseid funktsionaalselt olulisi mutatsioone, mis omakorda avavad meditsiinile uusi teid. Loomulikult aitavad need andmed kaasa ka inimkonna evolutsiooniprotsessi täielikumale mõistmisele.

Inimese DNA järjestuste võrdlemine teiste organismide DNA-ga on juba osutunud väga viljakaks meetodiks uute funktsionaalselt oluliste järjestuste otsimisel inimese genoomis. Seda lähenemist on kasutatud ja kasutatakse jätkuvalt uute valke kodeerivate ja valku mittekodeerivate geenide tuvastamiseks inimestel, samuti võimalike reguleerivate elementide tuvastamiseks ja erinevate geenikomplektide toimimismehhanismide selgitamiseks. Selleks on nüüdseks loodud spetsiaalsed arvutiprogrammid, mis võimaldavad “püüda” evolutsiooniliselt konserveerunud piirkondi erinevates genoomides. Kõik see on põhimõtteliselt oluline, sest nagu juba eespool rõhutati, me ei saa seda öelda geneetilised katsed inimese peale, aga aitäh võrdlev meetod, on meil võimalus inimeste jaoks interpoleerida loomadega läbiviidud molekulaargeneetiliste uuringute tulemusi.

Seega saab genoomide sarnasuse tõttu isegi Drosophila kärbest kasutada teatud funktsioonide täielikumaks mõistmiseks. inimese geenid, mis vastutab eelkõige teatud inimeste haiguste eest. Selle näiteks on geeni uurimine dFMR-1 kärbes, millel on homoloogia vastava inimese geeniga, mis määrab fragiilse X sündroomi, raske päriliku neurodegeneratiivse haiguse. See uuring võimaldas meil järeldada, et sündroomi põhjus on tõenäoliselt seotud RNA interferentsi mehhanismi rikkumisega, mida me juba eespool käsitlesime. Ja see on tõsine "vihje" teadlastele, probleemi lahendamine Habras X sündroom inimestel.

Oluline on märkida, et inimese genoomi uurides õpime tegelikult tundma kogu elavat maailma. Inimese genoom on äärmiselt keeruline. Loomade ja taimede genoomid on sageli palju lihtsamad. Seetõttu on keerulise genoomi struktuuri tundmaõppimisel väga lihtne liikuda sellelt lihtsa genoomi uurimisele. Ja see tõotab revolutsiooni sellistes valdkondades nagu veterinaarmeditsiin, taime- ja loomakasvatus.

Võrdlev genoomika on teadlastele andnud uus lähenemine evolutsiooniprotsessi ja selle mehhanismide mõistmiseni, mis näivad igavesti peidus sajandite pimeduses. Näiteks on erinevate looma- ja inimliikide genoomide võrdlused näidanud teatud evolutsioonisuundade olemasolu. Üks neist on intronite arvu suurendamine protsessis evolutsiooniline areng inimestel, see tähendab, et evolutsioon on justkui seotud genoomi "lõhkumisega" eraldi funktsionaalselt olulisteks fragmentideks: DNA pikkuseühiku kohta on kõik vähem teavet valkude ja RNA (eksonite) ehituse kohta ning üha rohkem ilmub piirkondi, millel pole veel selget funktsionaalne tähtsus(intronid). Läbiviidud uuringud viitavad sellele, et loodus ei parandanud imetajaid mitte niivõrd nende geenide mitmekesisuse suurendamisega, vaid olemasolevaid geene järk-järgult kopeerides, modifitseerides ja kombineerides, aga ka geeniekspressiooni regulatsiooni muutes. Geneetilise aparaadi struktuuri ja toimimise spetsiifilisus ja mitmekesisus on suur isegi eukarüootide seas. Samas on palju üldpõhimõtteid ja mehhanisme ning nende uurimise tulemusi mõnel objektil saab sageli edukalt üle kanda ka teistele, sealhulgas inimestele.

Väga huvitavaid tulemusi saadi eelkõige sarnaste DNA järjestuste kromosomaalse jaotuse võrdlemisel inimestel ja teistel loomadel. Toome vaid ühe näite. Nagu juba märgitud, on inimese ja hiire genoomide vahel suuri sarnasusi. Joonisel fig. Nagu on näidatud joonisel 37, näitab värviline sisestus inimese üksikute kromosoomide sarnaste segmentide asukohta erinevates hiire kromosoomides. Seda joonist vaadates näeme, et samade inimese kromosoomide lõigud on jaotunud paljude hiire kromosoomide vahel. See kehtib ka vastupidi. Mida see tähendab? See räägib meile radadest, mida mööda imetajate evolutsioon toimus (hiired ja inimesed on ju imetajad). Olles hoolikalt analüüsinud joonisel fig. 37, on teadlased avastanud, et inimese DNA-s leiduvate hiire DNA erinevate lõikude piiridel on mitmesuguseid mobiilseid geneetilisi elemente, tandemkordusi ja muid "kuumaid kohti", mille ääres toimus tõenäoliselt ümberstruktureerimine (rekombinatsioon). loomorganismide sajanditepikkune evolutsioon.

Riis. 37. Inimese ja hiire kromosoomide geneetiline sarnasus (homoloogia). Erinevad värvid ja numbrid hiire kromosoomidel näitavad sarnaseid segmente sisaldavate inimese kromosoomide nukleotiidjärjestusi.

Võrdlev genoomika on näidanud, et geenid, mis on evolutsioonilise päritolu ja funktsiooni poolest identsed (homoloogsed), on erinevates liikides sageli seotud samade homoloogsete geenidega. Selle põhjal ennustavad nad mõne liigi geenide tõenäolist lokaliseerimispiirkonda, kui on teada, milliste geenidega need teistel on seotud, st viiakse läbi “võrdluskaardistamine”. Kõik see on oluline tänu sellele, et arvureeglid ja geenide suhteline asend kromosoomis ei määra alati nende toimimise seaduspärasusi. Seega näeb paljude hiirte, rottide ja inimeste spetsialiseeritud rakkude valgu koostis välja sarnane, kuigi geenid ise on kromosoomides erinevalt hajutatud.

Seega võimaldab võrdlev genoomika hinnata genoomi evolutsiooni mehhanisme ja radu ning isegi luua kogu loomamaailma klassifikatsiooni uuel tasemel. Kõik see on teise uue suuna – evolutsioonilise genoomika – teema. Selle kroon peaks olema looming teatud selge elusorganismide süsteemid, mis on teatud mõttes sarnased perioodilisuse tabeliga.

Tänu võrdleva ja evolutsioonilise genoomika meetodite ja lähenemisviiside kasutamisele on sellise keerulise ja evolutsioonilise genoomika kohta juba saavutatud sensatsioonilisi tulemusi. huvitav küsimus, nagu inimese päritolu ja tema genoomi areng. Loe selle kohta lähemalt ja me räägime raamatu järgmises osas.

| |
Mõned ilukirjandusega piirnevad faktidIII osa. Inimese genoomi päritolu ja areng

kandidaat keemiateadused Olga Belokoneva.

Ameerika teadlased konstrueerisid esimest korda "in vitro" täielik genoom bakterid ja viinud selle mõne teise liigi bakteri kesta, saades seeläbi täieliku elav rakk paljunemisvõimeline. Nüüd on järgmine samm minimaalse geenikomplektiga elujõulise organismi loomine.

Tehnoloogia integreeritud tehisgenoomiga bakterite loomiseks.

Rahvusvaheline teadlaste meeskond, kes lõi sünteetilise elu.

Tööjuhid Craig Venter (vasakul) ja Hamilton Smith.

Sünteetilise bakteri Mycoplasma mycoides elektronmikrograaf.

Mida ma ei suuda luua
ma ei saa aru.
Richard Feynman, Nobeli füüsikapreemia laureaat

Tavaliselt töötavad looduslikke ühendeid uurivad keemikud järgmise loogika järgi: esmalt leiavad nad loodusest uue aine, seejärel määravad kindlaks selle funktsioonid ja struktuuri ning lõpuks proovivad seda ühendit laboris sünteesida, et võrrelda aine omadusi. looduslik ühend ja selle sünteetiline analoog. See on ainus viis tõestada, et teatud keemilise struktuuriga ainel on teatud omadused. Kuid geenimanipulatsioonis see lähenemine pikka aega ei töötanud - DNA struktuur oli juba teada, kuid pöördprobleem Keegi ei suutnud seda lahendada.

Ettevõtlus loob teadust

Vietnami kampaania veteran, ameeriklane Craig Venter õppis biokeemiat, sai akadeemilise kraadi, kuid ei jäänud kauaks laborisse. Noort teadlast köitis äri. 1998. aastal osales ta biotehnoloogiafirma Celera Genomics loomises. Ettevõtte loomise ajal käis töö juba täies hoos elusolendite, sealhulgas inimese genoomi lahtimõtestamiseks. Kuid edasiminek oli piiratud DNA sekveneerimistehnoloogia (nukleotiidjärjestuse määramise) ebatäiuslikkuse tõttu. Teadlaste meeskonna osana osales Venter väljatöötamises uusim meetod sekveneerimine - haavlipüssi meetod. Seda meetodit kasutades dešifreeriti inimese genoom täielikult kahe aasta jooksul. Venter tahtis uuringuid ettevõttele müüa, kuid teadlaskond väljendas rahulolematust ja ta pidi järele andma. Ta postitas kõik genoomi dekodeerimise tulemused Internetti ja lahkus Celera Genomicsist, luues uus instituut enda nimi.

Craig Venteri Instituudi üks teedrajavaid algatusi 2000. aastatel olid nn metagenoomilised projektid. Instituudi korraldatud ekspeditsioonid viisid läbi populatsiooni genoomi analüüsi mitmesugused organismid elavad Sargassos ja teistes meredes. Genoomitehnoloogiaid kasutades suutis meeskond kirjeldada veealuse kuningriigi geneetilist mitmekesisust, avastades samal ajal tuhandeid uusi geene ja uusi elusolendite liike.

Nüüd see keemiline struktuur Tunti palju keerulisi genoome, loogiliselt võttes oli vaja hakata sünteesima kunstlikku genoomi, mida Venter tegigi. Teine Venteri idee oli minimaalse geenikomplektiga elujõulise organismi loomine. Sellist geneetilist üksust võiks hästi nimetada "elu elemendiks" - "minimaalseks" rakuks. Keemia analoogia põhjal on lihtsaim ühik vesinikuaatom.

“Minimaalset” rakku veel ei eksisteeri, kuid sünteetilise genoomiga organism juba elab ja paljuneb Craig Venteri Instituudi laboris. See on tavaline bakter, mis erineb teistest ainult selle poolest, et selle DNA sünteesitakse "in vitro".

Töö algusest kuni ajaloolise väljaandeni 2010. aasta mais ajakirjas Science pealkirjaga "Keemiliselt sünteesitud genoomiga kontrollitava bakteriraku loomine" möödus pikk 15 aastat ja projekt läks maksma 40 miljonit dollarit. Sellele suurele teadussaavutusele eelnes veel üks edu – 2003. aastal õnnestus Venteri meeskonnal luua kunstliku genoomiga viirus.

Lisaks Venterile juhivad instituudi kahes asukohas, Marylandis Rockville'is ja Californias La Jollas asuvat edukate teadlaste rahvusvahelist meeskonda veel kaks silmapaistvat teadlast. Üks neist on 1978. aasta Nobeli preemia laureaat Hamilton Smith. Nobeli preemia ta sai avastuse eest, mis juhatas sisse genoomi keemilise manipuleerimise ajastu: ta eraldas restriktsiooniensüümid – ensüümid, mis lõikavad DNA molekuli eraldi fragmentideks. Teine töö juht on silmapaistev mikrobioloog, kuulsa teadusliku dünastia esindaja Clyde Hutchison III.

Sünteetilisest DNA-st, mis koosnes 1,08 miljonist nukleotiidist, sai pikim molekul, mis eales sünteesitud. laboratoorsed tingimused. Ajaloo esimene sünteetiline rakk sisaldab täiesti kunstlikku kromosoomi, mis on sünteesitud keemilised komponendid arvutiprogrammi järgi. Need ei ole enam geenitehnoloogia tehnoloogiad, kui teadlastel õnnestus muuta või täiendada elusolendite genoomi mitme geeni või geenikomplektiga, on tegemist kogu genoomi täieliku siirdamisega.

Genoomi siirdamine

Tehiselu loomise eksperiment koosnes järgmisest: teadlased sünteesisid ühe bakteri genoomi ja viisid selle teise liigi bakteri rakku. Saadud organism koos retsipientbakteri Mycoplasma capricolum kestaga osutus identseks doonorbakteriga Mycoplasma mycoides. Seega näidati esimest korda usaldusväärselt, et DNA tegelikult sisaldab täielik teave kogu elusraku tööst.

Saadud hübriidid nägid välja, kasvasid ja paljunesid täpselt nagu Mycoplasma mycoides. Teine oluline märk sellest, et tegemist oli Mycoplasma mycoides'iga, on see, et konstrueeritud bakter sünteesis sellele konkreetsele liigile iseloomulikke valke. Tõsi, sünteetilised bakterid erinevad siiski looduslikest. Praegu saab ta elada ja paljuneda ainult laboris, spetsiaalses toitainekeskkond, V looduslikud tingimused bakter ei ole elujõuline.

Inimesed küsivad sageli, miks oli võimatu paigutada kunstlikku genoomi enda rakku? Sest sellele iseloomulikud valgud jäid selle raku sisse, mis tähendab, et eksperimendi tulemusi võis seletada nende olemasoluga. See tähendab, et tulemuse tõlgendamisel tekiks ebakindlus.

Miks on vaja sünteetilisi baktereid?

Teadusringkondade reaktsioon uurimistööle on vastuoluline. Paljude arvates on ennatlik rääkida tehnoloogia praktilisest rakendamisest: üks asi on programmeerida tuumavabasid prokarüootseid baktereid ja hoopis teine ​​​​asi luua kunstlikke kromosoome eukarüootide tuumarakkudest, see tähendab kõigi taimede rakkudest. loomad ja inimesed. Tehnoloogia kohandamisel tuumarakkudele tekib liiga palju küsimusi: kuidas DNA-d tuumasse üle kanda, kuidas luua ja siirdada mittetuuma geneetiline teave jne.

Sellegipoolest leiab Venter, et läbiviidud uuringud on fundamentaalteaduse jaoks olulised, kuna avavad uusi vaatenurki elu tekke uurimisel ja vastuse leidmisel küsimusele, millised geenid vastutavad elusolendi elu ja paljunemise eest.

Venteri töö lubab luua täielikult määratletud omaduste ja funktsioonidega organisme. Tõsi, see on üsna kauge tuleviku küsimus. Seni on teadlastel "ainult" õnnestunud mõista geneetiline programm juba looduses olemas. Aga siiski väljavaated sünteetiline genoomika tohutu. See on nii ahvatlev – muutes oma äranägemise järgi geneetilist programmi, luua sünteetiliste bakterite tehased, mis suudavad toota ravimeid, toitvaid valke, biokütuseid, puhastada vett saasteainetest ja palju-palju muud.

Pärast esimese tehisorganismi edukat loomist koondasid Venteri meeskond ja teised oma jõupingutused teisele projektile, mis sellest saavutusest loogiliselt järgnes. Me räägime raku loomisest, mis sisaldab ainult geene, mis on vajalikud tema elutegevuseks lihtsaim vorm st "minimaalne" genoom.

Elu element

"Minimaalse" genoomi kindlaksmääramine, mis tagab kõik vajalikud funktsioonid, mis võimaldavad üherakulisel organismil teatud keskkonnas eksisteerida, ei ole tühine küsimus. Selle probleemi lahendamine on vajalik elu tekke mõistmiseks Maal, mis hõlmab ka viiside uurimist geneetiline evolutsioon ja genoomide tekkemehhanism kui selline. Lisaks saab "minimaalne" rakk kõigi eluks vajalike geenide uurimise aluseks.

Töö selles suunas toimub peamiselt perekonna Mycoplasma bakteritega. Nagu juba mainitud, on mükoplasma genoomid väga väikesed (580–1400 tuhat aluspaari) ja hästi uuritud. Lühim genoom on Mycoplasma genitalium. Selle pikkus on umbes 580 tuhat aluspaari, mis moodustavad 485 geeni.

Mükoplasmade genoome uurides jõudsid Craig Venter ja tema kolleegid väga lähedale mõistmisele, milline peaks olema tulevaste tehismikroobide "minimaalne" genoom. Nagu nende juba esitatud patendis öeldud, on "minimaalne" genoom peamine ehituskivi või täpsemalt tehisorganismide loomise peamine “šassii” - koosneb vähem kui 400 geenist. Sisestades rakku "minimaalse" genoomi ja lisades sellele teisi geene, kavatsevad teadlased luua lihtsaid organisme, millel on uued, ettemääratud omadused.

Fotod J. Craig Venteri Instituudi veebisaidilt www.jcvi.org.

Inimese genoom [Neljatäheline entsüklopeedia] Tarantula Vjatšeslav Zalmanovitš

KÕIK ON TEADUD VÕRDLUSEGA (võrdlev genoomika)

Kahe inimrassi liikme vahel on vähem sarnasust kui kahe erineva looma vahel.

Michel de Montaigne

Iseenesest uut saab aru vaid analoogia põhjal vanaga.

F. Peekon

Nagu juba mainitud, on võrdlev meetod traditsiooniliseks lähenemisviisiks vanades klassikalistes bioloogia valdkondades (anatoomia, embrüoloogia, tsütoloogia). Seega põhjendas Darwin oma seisukohta inimese päritolu kohta võrdleva evolutsioonilise meetodi abil, osutades arvukatele sarnasustele inimeste ja ahvide anatoomias ja füsioloogias.

Hiljuti on võrdlevat lähenemist laialdaselt ja väga tõhusalt kasutatud molekulaarbioloogias ja geneetikas. Võimsa tõuke selleks andis genoomide ulatuslik järjestamine. Genoomikas on ilmnenud isegi uus suund - võrdlev genoomika - evolutsiooniliselt kaugel asuvate organismide üksikute geenide, geenirühmade ja tervete lookuste võrdlemine. See põhimõtteliselt oluline uurimisvaldkond võimaldab meil käsitleda mitmeid võtmeküsimusi uuel viisil. Vaatame mõnda neist.

Praegu on inimkonnal lisaks oma entsüklopeediale sarnased ka mõnede lihtsate organismide entsüklopeediad: E. coli, Drosophila kärbsed, pärm ja ussid Caenoharbditis elegans, samuti hiired – ja üksikud peatükid mõnede teiste kõrgelt organiseeritud organismide (ahvid, rotid) entsüklopeediast. Tänapäeval dešifreeritakse paralleelselt inimese genoomi järjestamisega veel umbes 1000 teiste loomade ja taimede genoomi. Kõigi nende entsüklopeediate DNA tekst on kirjutatud sama nelja tähega, mille arv on bakterite puhul miljoneid, lindude puhul sadu miljoneid ning imetajate ja inimeste puhul miljardeid. Kuna kõik tekstid on kirjutatud ühtemoodi, saab neid omavahel võrrelda. Selgus, et vaatamata tohututele erinevustele genoomi suurustes, ei erine geenide arv (tekstide kõige olulisemad laused) erinevate organismiliikide vahel kuigi palju. Sellega seoses hakati isegi rääkima teatud paradoksist, mis sai erinimetuse G-paradoks (ingliskeelse sõna gene esimene täht - geen). Nüüd seletatakse seda paradoksi sellega, et organismi jaoks pole peamine mitte geenide koguarv, vaid see, kuidas need on üles ehitatud ja kuidas neid reguleeritakse, milline on erinevate geenide produktide omavahelise interaktsiooni keerukus. "Me jagame kasside ja koertega samu geene, kuid neid reguleeritakse erinevalt," ütles Craig Venter, üks inimese genoomi järjestamise peategelasi. Tõenäoliselt on inimesele ainuomane geenifunktsiooni struktuur ja regulatsioon, mis teeb temast "looduse krooni". Ühesõnaga, kui geen on lühike lause, siis samade sõnade ja lausete kombinatsioonist saab kirjutada nii nutikama traktaadi kui ka primitiivsed lastelaulud. Lisaks on oluline, kuidas neid loetakse ja kõlab.

Ükskõik kui ainulaadsed me ka ei tunduks, on meie DNA-l üsna palju sarnasusi mitte ainult ahvide ja hiirtega, vaid isegi väikese ussiga. C. elegans ja Drosophila kärbes. See võib olla üllatav, kuid umbes 50% meie geenidest on sarnased ussi omadega. Inimestel ja hiirtel on veelgi rohkem samu geene, kuigi inimesed ja hiired lahknesid evolutsiooni käigus umbes 100 miljonit aastat tagasi. Praeguseks on inimese genoomist avastatud vaid umbes 300 geeni, mida hiirtel ei leidu, ja nende koguarv on ligikaudu sama. Seega umbes 99% inimese geenidest vastavad hiire geenidele ja umbes 80% neist on peaaegu täpselt identsed. Lisaks on kuni 90% erinevate haiguste esinemise eest vastutavatest geenidest inimestel ja hiirtel sarnased. Muidugi on väikseid erinevusi. Niisiis on hiirtel palju rohkem geene, mis vastutavad lõhna eest.

Meie lähimate sugulaste osas on erinevused veelgi väiksemad. Viimastel andmetel erineb inimese genoom üldiselt šimpansi genoomist vaid maksimaalselt 5% võrra! Üllataval kombel on mõned geenirühmad (näiteks organismi keha moodustumise eest vastutavad geenid) inimestel sarnased bioloogiliste liikide sarnaste rühmadega, mis tekkisid viissada kuni kuussada miljonit aastat tagasi, niinimetatud kambriumi bioloogilise perioodi jooksul. plahvatus. Nüüd ootame põnevusega hetke, mil šimpansi genoom saab täielikult järjestatud. Pärast seda peaks võrdlevas genoomikas algama uus väga oluline etapp. Sellise võrdluse tulemusena võidakse avastada inimesele kui liigile omaseid funktsionaalselt olulisi mutatsioone, mis omakorda avavad meditsiinile uusi teid. Loomulikult aitavad need andmed kaasa ka inimkonna evolutsiooniprotsessi täielikumale mõistmisele.

Inimese DNA järjestuste võrdlemine teiste organismide DNA-ga on juba osutunud väga viljakaks meetodiks uute funktsionaalselt oluliste järjestuste otsimisel inimese genoomis. Seda lähenemist on kasutatud ja kasutatakse jätkuvalt uute valke kodeerivate ja valku mittekodeerivate geenide tuvastamiseks inimestel, samuti võimalike reguleerivate elementide tuvastamiseks ja erinevate geenikomplektide toimimismehhanismide selgitamiseks. Selleks on nüüdseks loodud spetsiaalsed arvutiprogrammid, mis võimaldavad “püüda” evolutsiooniliselt konserveerunud piirkondi erinevates genoomides. Kõik see on põhimõtteliselt oluline, kuna, nagu juba eespool rõhutatud, ei saa me inimestega geneetilisi katseid läbi viia, kuid tänu võrdlevale meetodile on meil võimalus inimeste jaoks interpoleerida loomadega läbiviidud molekulaargeneetiliste uuringute tulemusi.

Seega saab genoomide sarnasuse tõttu isegi Drosophila kärbest kasutada teatud inimese geenide funktsioonide täielikumaks mõistmiseks, eriti nende geenide kohta, mis vastutavad mõne inimese haiguse eest. Selle näiteks on geeni uurimine dFMR-1 kärbsed, millel on homoloogia inimese vastava geeniga, mis määrab hapruse X sündroomi, mis on raske pärilik neurodegeneratiivne haigus. See uuring võimaldas meil järeldada, et sündroomi põhjus on tõenäoliselt seotud RNA interferentsi mehhanismi rikkumisega, mida me juba eespool käsitlesime. Ja see on tõsine "vihje" teadlastele, kes lahendavad inimestel esineva fragiilse X sündroomi probleemi.

Oluline on märkida, et inimese genoomi uurides õpime tegelikult tundma kogu elavat maailma. Inimese genoom on äärmiselt keeruline. Loomade ja taimede genoomid on sageli palju lihtsamad. Seetõttu on keerulise genoomi struktuuri tundmaõppimisel väga lihtne liikuda sellelt lihtsa genoomi uurimisele. Ja see tõotab revolutsiooni sellistes valdkondades nagu veterinaarmeditsiin, taime- ja loomakasvatus.

Võrdlev genoomika on andnud teadlastele uudse lähenemisviisi evolutsiooniprotsessi ja selle mehhanismide mõistmiseks, mis on näiliselt igavesti peidetud sajandite pimedusse. Näiteks on erinevate looma- ja inimliikide genoomide võrdlused näidanud teatud evolutsioonisuundade olemasolu. Üks neist on intronite arvu suurendamine inimeste evolutsioonilise arengu protsessis, see tähendab, et evolutsioon on justkui seotud genoomi "lõhenemisega" eraldi funktsionaalselt olulisteks fragmentideks: seal oleva DNA pikkuse ühiku kohta. on üha vähem teavet valkude ja RNA (eksonite) struktuuri kohta ning üha rohkem piirkondi, millel puudub veel selge funktsionaalne tähendus (intronid). Läbiviidud uuringud viitavad sellele, et loodus ei parandanud imetajaid mitte niivõrd nende geenide mitmekesisuse suurendamisega, vaid olemasolevaid geene järk-järgult kopeerides, modifitseerides ja kombineerides, aga ka geeniekspressiooni regulatsiooni muutes. Geneetilise aparaadi struktuuri ja toimimise spetsiifilisus ja mitmekesisus on suur isegi eukarüootide seas. Samas on palju üldpõhimõtteid ja mehhanisme ning nende uurimise tulemusi mõnel objektil saab sageli edukalt üle kanda ka teistele, sealhulgas inimestele.

Väga huvitavaid tulemusi saadi eelkõige siis, kui võrrelda sarnaste DNA järjestuste kromosoomide jaotust inimestel ja teistel loomadel. Toome vaid ühe näite. Nagu juba märgitud, on inimese ja hiire genoomide vahel suuri sarnasusi. Joonisel fig. Nagu on näidatud joonisel 37, näitab värviline sisestus inimese üksikute kromosoomide sarnaste segmentide asukohta erinevates hiire kromosoomides. Seda joonist vaadates näeme, et samade inimese kromosoomide lõigud on jaotunud paljude hiire kromosoomide vahel. See kehtib ka vastupidi. Mida see tähendab? See räägib meile radadest, mida mööda imetajate evolutsioon toimus (hiired ja inimesed on ju imetajad). Olles hoolikalt analüüsinud joonisel fig. 37, on teadlased avastanud, et inimese DNA-s leiduvate hiire DNA erinevate lõikude piiridel on mitmesuguseid mobiilseid geneetilisi elemente, tandemkordusi ja muid "kuumaid kohti", mille ääres toimus tõenäoliselt ümberstruktureerimine (rekombinatsioon). loomorganismide sajanditepikkune evolutsioon.

Riis. 37. Inimese ja hiire kromosoomide geneetiline sarnasus (homoloogia). Sarnaseid segmente sisaldavad inimese kromosoomide nukleotiidjärjestused on hiire kromosoomidel tähistatud erinevate värvide ja numbritega.

Võrdlev genoomika on näidanud, et geenid, mis on evolutsioonilise päritolu ja funktsiooni poolest identsed (homoloogsed), on erinevates liikides sageli seotud samade homoloogsete geenidega. Selle põhjal ennustavad nad mõne liigi geenide tõenäolist lokaliseerimispiirkonda, kui on teada, milliste geenidega need teistel on seotud, st viiakse läbi “võrdluskaardistamine”. Kõik see on oluline tänu sellele, et arvureeglid ja geenide suhteline asend kromosoomis ei määra alati nende toimimise seaduspärasusi. Seega näeb paljude hiirte, rottide ja inimeste spetsialiseeritud rakkude valgu koostis välja sarnane, kuigi geenid ise on kromosoomides erinevalt hajutatud.

Seega võimaldab võrdlev genoomika hinnata genoomi evolutsiooni mehhanisme ja radu ning isegi luua kogu loomamaailma klassifikatsiooni uuel tasemel. Kõik see on teise uue suuna – evolutsioonilise genoomika – teema. Selle krooniks peaks olema teatud selge elusorganismide süsteemi loomine, mis on teatud mõttes sarnane perioodilisuse tabeliga.

Tänu võrdleva ja evolutsioonilise genoomika meetodite ja lähenemisviiside kasutamisele on sellise keerulise ja huvitava teema kohta nagu inimese päritolu ja tema genoomi areng juba saadud sensatsioonilisi tulemusi. Sellest tuleb lähemalt juttu raamatu järgmises osas.

Raamatust Koeravärvide geneetika autor Robinson Roy

GEENIDE VÕRDLEV SÜMBOLISM Geneetikaalase kirjanduse vastu huvi tundvad lugejad puutuvad varem või hiljem kokku segaduse probleemiga geenide määramisel. Fakt on see, et erinevad autorid kasutavad sama geeni tähistamiseks erinevaid sümboleid. See

Raamatust Kasside ja koerte homöopaatiline ravi autor Hamilton Don

Äge haigus võrreldes kroonilise haigusega Ägedate (peamiselt nakkushaiguste) tunnused - näiteks infektsioonid lapsepõlves- on nende sümptomite võrdlev püsivus erinevatel patsientidel. Seda nähtust saab seletada asjaoluga,

Raamatust The Human Genome: An Encyclopedia Written in Four Letters autor

Põhiseadus versus äge retsept Mõistet "põhiseaduslik ravi ja retseptide väljakirjutamine" kasutatakse homöopaatias laialdaselt, kuid selle tähendus pole mõnikord täiesti selge. Fakt on see, et erinevad autorid tõlgendavad seda terminit sageli erinevalt. Kuid

Raamatust The Human Genome [neljatäheline entsüklopeedia] autor Tarantul Vjatšeslav Zalmanovitš

STRUKTUURIST FUNKTSIOONI (funktsionaalne genoomika) Teadmistest ei piisa, vajalik on ka rakendus; Tahtmisest ei piisa, seda tuleb teha. I. Goethe teab hästi väljendit, et sõna “halva” ei tee suud magusamaks. Sama kehtib ka meie genoomi kohta. Sellel on palju

Raamatust Evolutsioon autor Jenkins Morton

Raamatust Bioloogia [Täielik teatmik ühtseks riigieksamiks valmistumiseks] autor Lerner Georgi Isaakovitš

STRUKTUURIST FUNKTSIOONI (funktsionaalne genoomika) Teadmistest ei piisa, vajalik on ka rakendus; Tahtmisest ei piisa, seda tuleb teha. I. Goethe teab hästi väljendit, et sõna “halva” ei tee suud magusamaks. Sama kehtib ka meie genoomi kohta. Tal on

Raamatust Tropical Nature autor Wallace Alfred Russell

GEENIST JA VALGUST – RAVINI (meditsiiniline genoomika) Meditsiin on tõepoolest kõigist kunstidest õilsaim. Hippokrates Kõige hullemad haigused ei ole surmavad, vaid ravimatud. Ebner-Eschenbach Kuulus vene bioloog N. Timofejev-Resovski kirjutas: „Hämmastavalt

Raamatust Psühhofüsioloogia alused autor Aleksandrov Juri

KÕIK ON TEADA VÕRDLUSEGA (võrdlev genoomika) Inimrassi kahe esindaja vahel on vähem sarnasusi kui kahe erineva looma vahel. Michel de Montaigne Iseenesest uut saab aru vaid analoogia põhjal vanaga. F. Bacon Nagu juba mainitud,

Raamatust Juhuse loogika [Bioloogilise evolutsiooni olemusest ja päritolust] autor Kunin Jevgeni Viktorovitš

VÕRDLUSANATOOMIA Võrdleva anatoomiaga tegelevad bioloogid on juba ammu teadnud, et suuremaid rühmi (hõimkonda, klassi või järgu) moodustavatel liikidel on oma struktuuris palju sarnaseid jooni. Tehnoloogia areng geneetiline analüüs võimaldas paigaldada vastupidavamalt

Raamatust „Miski bioloogias pole mõtet, välja arvatud evolutsiooni valguses”. autor Dobžanski Feodosius Grigorjevitš

Raamatust The Birth of Complexity [ Evolutsiooniline bioloogia täna: ootamatud avastused ja uued küsimused] autor Markov Aleksander Vladimirovitš

Lillede võrdlev haruldus elanike seas parasvöötme on kindel arvamus, et troopika lopsakas taimestik peab tootma ka suurepärast lillefloorat; Seda seisukohta kinnitavad arvukad suured ilusad lilled, lahutatud

Raamatust Paganini sündroom [ja teised tõestisündinud lood meie salvestatud geeniusest geneetiline kood] autor Keen Sam

19. peatükk VÕRDLEV PSÜHHOFISIOLOOGIA Võrdlev psühhofüsioloogia on teadus, mille eesmärk on luua mustreid ja tuvastada erinevusi struktuuris ja funktsionaalne organisatsioon aju, käitumine ja psüühika eri liiki loomadel, sealhulgas inimestel.

Autori raamatust

3. peatükk Võrdlev genoomika: arenevad genoomilised maastikud Trans. A. NeizvestnyGenoomikale ülemineku tähtsus Genoomika-eelsel ajastul pandi paika molekulaarse evolutsiooni aluspõhimõtted ja tehti palju spetsiifilisi tähelepanekuid, mis suur tähtsus

Autori raamatust

Autori raamatust

Loomade võrdlev genoomika ja varajane evolutsioon Kui te ei võta arvesse haruldasi ja vähe uuritud pisiasju nagu Trichoplax, võib kõige primitiivsemaid loomi nimetada käsnadeks, millel pole veel tõelisi kudesid, närvisüsteem ja soolestikku. Käsnad on vastu

Autori raamatust

Epiloog. Kui genoomika muutub isiklikuks Vaatamata kõigile oma teadmistele kardavad paljud teadusteadlikud inimesed ja isegi paljud teadlased mingil alateadlikul tasemel endiselt oma geene. Seda seetõttu, et ükskõik kui hästi sa millestki vaimselt aru saad ja kui palju vastunäiteid

Pikka aega nimetati genoomi haploidseks kromosoomide komplektiks. Kromosomaalse DNA informatsioonilise rolli kohta teabe kogunemine on muutnud mõiste "genoom" määratlust. Praegu tähendab see raku DNA täielikku koostist, s.o. kõigi geenide ja intergeenide piirkondade kogum. Genoomi võime pidada täielikuks juhiste komplektiks indiviidi kujunemiseks ja toimimiseks.

Ta uurib genoomide konstrueerimise üldpõhimõtteid ning nende struktuurset ja funktsionaalset korraldust. genoomika, mis järjestab, kaardistab ja tuvastab geenide ja ekstrageensete elementide funktsioone. Genoomika meetodid on suunatud uute mustrite dešifreerimisele bioloogilised süsteemid ja protsessid. Inimese genoomika on molekulaarmeditsiini alus ja on elulise tähtsusega välja töötada meetodid pärilike ja mittepärilike haiguste diagnoosimiseks, raviks ja ennetamiseks. Meditsiini jaoks on patogeensete mikroorganismide genoomika alased uuringud ülimalt olulised, kuna need annavad valgust nakkusprotsessi olemusele ja spetsiifilistele bakterite sihtmärkidele suunatud ravimite loomisele.

Genoomika on oma "noorest east" hoolimata jagatud mitmeks peaaegu sõltumatuks valdkonnaks: struktuurne, funktsionaalne, võrdlev, evolutsiooniline ja meditsiiniline genoomika.

Struktuurne genoomika uurib genoomide nukleotiidide järjestust, määrab geenide piirid ja struktuuri, geenidevahelisi piirkondi ja muid struktuurseid geneetilisi elemente (promootorid, võimendajad jne), s.o. koostab keha geneetilisi, füüsilisi ja transkriptsioonikaarte.

Funktsionaalne genoomika. Funktsionaalse genoomika alased uuringud on suunatud iga geeni ja genoomi piirkonna funktsioonide ja nende koostoime tuvastamisele rakusüsteemis. Ilmselgelt tehakse seda valgukooste uurides erinevad rakud. Seda uurimisvaldkonda nimetatakse proteoomika.

Võrdlev genoomika uurib selguse huvides erinevate organismide genoomide korralduse sarnasusi ja erinevusi üldised mustrid nende struktuur ja toimimine.

Evolutsiooniline genoomika selgitab genoomide evolutsiooniteed, päritolu geneetiline polümorfism ja bioloogiline mitmekesisus, horisontaalse geeniülekande roll. Evolutsiooniline lähenemine Inimese genoomi uurimine võimaldab meil jälgida geenikomplekside, üksikute kromosoomide moodustumise kestust, selle osade stabiilsust, hiljuti avastatud genoomi "ebakindluse" elemente, rassi moodustumise protsessi ja kromosoomide arengut. pärilik patoloogia.

Meditsiiniline genoomika lahendab rakendusküsimusi kliiniliste ja ennetav meditsiin inimese genoomide ja patogeensete organismide teadmiste põhjal (näiteks pärilike haiguste diagnoosimine, geeniteraapia, patogeenide virulentsuse põhjused jne).

Kõik eluslooduse evolutsiooni etapid pidid kahtlemata olema fikseeritud DNA infosüsteemis (ja osade olendite puhul ka RNA-s), aga ka selle organiseerimises rakus, et täita konservatiivset pärilikkuse säilitamise funktsiooni ja vastupidist. funktsioon – muutlikkuse säilitamine. See idee iga liigi genoomi kujunemisest on kõige mõistlikum. Seoses inimese genoomiga võime öelda, et inimese evolutsioon on genoomi areng. Seda ideed kinnitavad nüüdseks arvukad molekulaargeneetilised uuringud, kuna on saanud võimalikuks erinevate imetajaliikide genoomide võrdlemine, sh. suured ahvid, kui ka sees liik Homo sapiens genoomid erinevad rassid, etnilised rühmad, inimpopulatsioonid ja üksikisikud.

Iga eukarüootse liigi genoomi korraldus on elementide järjestikune hierarhia: nukleotiidid, koodonid, domeenid, geenidevaheliste piirkondadega geenid, komplekssed geenid, kromosoomiharud, kromosoomid, haploidne komplekt koos ekstrakromosomaalse ja tuumavälise DNA-ga. Genoomi evolutsioonilisel transformatsioonil võib igaüks neist hierarhilistest tasemetest käituda täiesti diskreetselt (muutuda, kombineerida teistega jne).

Meie arusaam inimese genoomist hõlmab inimgeneetika tohutut valdkonda, mis hõlmab vähemalt geenide "inventuuri", sidestusrühmade, geenide kaardistamise (lokaliseerimise), kogu DNA järjestuse (geenid, nende mutatsioonid ja kromosoomid) mõisteid. tervik), meiootilised transformatsioonid, üksikute geenide toimimine ja nende vastastikmõjud, genoomi kui terviku struktuuri ja funktsiooni integratsioon. Kõigi nende probleemide lahendamisele on keskendutud ulatuslikud mitmeaastased jõupingutused. rahvusvaheline programm"Inimese genoom" (1990–2000). Töö põhisuunaks oli genoomilõikude järjestikune järjestamine ja nende “liitmine”. Edukad arengud selles valdkonnas on lisanud programmi kliinilis-geneetilise aspekti.

Inimese genoomi teabe kliinilised rakendused

Päriliku haiguse uurimise etapid	Kliinilised rakendused
Haiguse registreerimine päriliku vormina	Meditsiiniline geneetiline nõustamine
Geeni lokaliseerimine kromosoomis	Geenisideme analüüsil põhinev diferentsiaaldiagnostika
Geeni isoleerimine	Geeniteraapia
Geenidefekti määratlus	Diagnostika (DNA-spetsiifiline)
Primaarse geeniprodukti tuvastamine	Diagnostika (biokeemiline). Ravi parandamine patogeneesi mõistmisel

Inimese genoomi süstemaatiline uurimine sai tegelikult alguse inimese pärilike tunnuste Mendeli analüüsist (20. sajandi algus). Genealoogiline meetod Seejärel läks see laialt levinud praktikasse ja samm-sammult hakkas materjal kogunema inimese diskreetsete pärilike tunnuste "inventuurile", kuid see protsess aeglustus järk-järgult (50 aasta jooksul avastati mitte rohkem kui 400 Mendeli tunnust ja 4 siderühma) , kliinilis-genealoogilise meetodi võimalused in puhtal kujul olid kurnatud.

Kiire areng inimese tsütogeneetikas, biokeemilises geneetikas ja eriti geneetikas somaatilised rakud 60ndatel viis koos genealoogilise lähenemisega inimese genoomi uurimine uuele tasemele teoreetiline alus ja kõrgel metoodilisel tasemel. Inimese uute Mendeli tunnuste avastamine hakkas kiiresti edenema, eriti biokeemilisel ja immunoloogilisel tasandil, ning tekkisid võimalused uurida geenide seost ja lokaliseerumist.

Inimese genoomi uurimisele andsid erilise tõuke molekulaargeneetilised meetodid ehk tehnoloogia geenitehnoloogia(70ndad). Genoomi mõistmise protsess on süvenenud kuni geeni eraldamiseni puhtal kujul ja selle järjestamiseni.

Erinevalt klassikalisest geneetikast on geenianalüüsi lähenemisviis uues geneetikas muutunud. IN klassikaline geneetika järjestus oli järgmine: Mendeli tunnuse tuvastamine -> geeni lokaliseerimine kromosoomis (või aheldusrühmas) -> primaarne geeniprodukt -> geen. IN kaasaegne geneetika võimalikuks sai ka vastupidine lähenemine: geeniisolatsioon -> sekveneerimine -> esmane saadus ja seega ka uus termin selle uurimissuuna määratlemiseks: "pöördgeneetika" või "pöördgeneetika".

Jätkub molekulaargeneetiliste meetodite täiustamine ja mitte vähem oluline nende automatiseerimine. USA-s ja Suurbritannias on välja töötatud ja kasutusele võetud automaatsed genoomi järjestamise seadmed. Neid nimetati genomotroniteks. Nad viivad läbi kuni 100 000 polümeraasi reaktsiooni tunnis. See tähendab, et mitmest miljonist aluspaarist koosnev piirkond (või piirkonnad) saab järjestada nädala jooksul.

Mängige suurt rolli inimese genoomi dešifreerimisel Arvutitehnika Ja Infosüsteemid. Tänu neile on teabe (andmebaaside) kogumise küsimused alates erinevatest allikatest, selle säilitamine ja operatiivne kasutamine teadlasi erinevatest riikidest.